CN101240397A

CN101240397A - 转炉-rh-lf-连铸生产管线钢的工艺

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Publication number: CN101240397A
Application number: CNA2008100203142A
Authority: CN
Inventors: 姚永宽; 耿建林; 赵孝章; 孟令东; 蔡可森; 陈德胜; 赵晋斌
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: CN101240397B

Abstract

本发明属于冶金领域，是转炉－RH－LF－连铸生产管线钢的工艺，包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺和LF脱硫工艺。本发明利用RH留氧自然脱碳，可减轻转炉脱碳负担，降低钢水氧化性，更好的满足X70、X80等管线钢对低碳和高纯净度质量要求。经本发明转炉－RH－LF－连铸新工艺生产的管线钢，碳可以按目标成分要求稳定控制在0.035－0.050％，N≤0.0060％、H≤0.0003％、P≤0.013％、S≤0.002％，夹杂物粗系和细系均≤1.5级。

Description

转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种管线钢的生产工艺，具体的说是转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺。

背景技术

RH循环真空脱气法是1957年原西德鲁尔钢铁公司(Ruhrstahl)和海拉斯公司(Heraeus)联合研制成功的，具有脱气效果好、留氧自然脱碳或吹氧脱碳、处理钢水量大、合金微调等功能，适合冶炼低碳、超低碳高纯净钢。为了满足X65、X70及以上级别管线钢高韧性、良好焊接性能以及抗HIC、SCC性能的要求，在冶炼工艺上必须保证钢水的低碳和高纯净度，C≤0.070％甚至≤0.050％、N≤0.0060％、H≤0.0003％、P≤0.013％、S≤0.002％，尽可能降低夹杂物总量并进行变性处理。采用RH真空精炼和LF钢包精炼联合处理工艺，可以很好的满足高级别钢线钢对钢水质量的要求，目前鞍钢、宝钢、武钢等国内钢厂采用的生产工艺为：铁水预处理→顶底复吹转炉→LF精炼→RH真空处理及钙处理→浇注，即LF-RH工艺，由转炉完成脱碳、脱磷任务，RH的真空脱碳功能没有得到开发利用，即通过降低[C]+[O]＝{CO}反应的气体分压促进反应正向进行，转炉留氧出钢，在不吹氧条件下钢水脱碳可达到小于0.005％的水平。

在LF-RH工艺中，从转炉出钢到浇注过程由于合金、覆盖剂、保护渣等含碳材料的使用和耐材侵蚀，不可避免会引起钢水增碳，据相关资料介绍其增碳量在0.002-0.004％，为了满足成品C≤0.070％的要求，转炉必须将碳脱致0.003％以下，根据铁碳选择氧化关系，在C≤0.003％时将造成炉内钢水过氧化、铁大量吹损，由复枪定氧和炉渣分析结果显示，钢水T.O≥1200ppm、炉渣T.Fe在25-30％之间，对钢水质量、炉衬寿命、钢铁料消耗等技经指标均带来不利影响。对于西气东输二线和国外普遍使用的X80管线钢，为了将强韧性和焊接性能控制在较好水平，提出成品C≤0.050％的要求，仅靠转炉脱碳和控制后道工序增碳无法批量稳定生产。

管线钢含氮量过高，会降低钢的韧性、焊接性能、热应力区韧性，使钢材脆性增加，原有的LF-RH工艺对钢水氮的控制不利，主要因为转炉终点钢水含氮高、出钢过程吸氮严重：伴随转炉脱碳反应，钢水存在脱氮和吸氮两个相反的过程，碳氧反应生成的CO气泡对钢水中的氮相当于一个小真空室，同时反应区的温度高(约2600℃)消除了钢水中表面活性元素氧对脱氮的抑制作用，具有良好的脱氮效果，但在吹炼后期深脱碳时，碳氧反应速度变缓，钢水以吸氮为主，在终点C≤0.003％时，氮含量将达到25-30ppm；氧是表面活性物元素，会吸附在钢液表面，阻碍钢液吸氮和脱氮界面反应的进行，钢液融解氧对吸氮过程有决定性的影响，其含量决定了钢液吸氮速率的大小，在LF-RH工艺出钢过程中，钢液脱氧充分，氧活度低，并且动力学条件良好，吸氮倾向非常明显。如果采用留氧出钢，利用RH真空循环脱氧，当出钢融解氧大于200-400ppm这一临界值后，钢液吸氮过程将基本停滞。LF-RH生产管线钢工艺在转炉终点氧含量、转炉炉龄、钢铁料消耗、成品碳含量等方面都存在一定的不足，详见下表：

表1

	转炉终点氧含量	转炉炉龄	钢铁料消耗	成品碳含量
	转炉终点氧含量	转炉炉龄	钢铁料消耗	成品碳含量	LF-RH工艺	≥1200ppm	7000-8000炉	1160Kg/t钢	0.045-0.070％
正常水平	400～1000ppm	＞15000炉	1130Kg/t钢	目标碳0.050％；X80要求0.035-0.045％	LF-RH工艺	≥1200ppm	7000-8000炉	1160Kg/t钢	0.045-0.070％

发明内容

本发明的目的为了消除现有LF-RH工艺生产管线钢的不足，提出一种可减轻转炉脱碳负担，降低钢水氧化性，更好的满足X65、X70、X80等管线钢对低碳和高纯净度质量要求的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺和LF脱硫工艺；

转炉过程和终点控制中，转炉采用高拉补吹模式，渣料的90-100％在前期加入，控制碱度≥3.5，在吹炼过程中适当补加返矿，保持前期脱磷温度，炉温控制在1420-1500℃之间，一倒达到[P]≤0.008％后，补吹拉碳提温；

留氧出钢工艺中，转炉出钢碳为0.04-0.06％，出钢过程加入低碳锰铁、精炼渣、石灰和铝控制钢水含氧量，进行留氧出钢；低碳锰铁和精炼渣成分见下表2：

表2

名称	化学成分％
名称	化学成分％						精炼渣	CaO	Al₂O₃	SiO₂	MgO	C	H₂O
50~55	28～32	≤6	≤6	≤0.15	≤0.5			CaO	Al₂O₃	SiO₂	MgO	C	H₂O
50~55	28～32	≤6	≤6	≤0.15	≤0.5	低碳锰铁		Mn	C	Si	P	S
80-87	≤0.4	≤2.0	≤0.10	≤0.03				Mn	C	Si	P	S

RH脱碳脱气工艺中，在不吹氧的条件下抽真空进行自然脱碳；

RH脱氧合金化工艺中，加入铝镁锰复合脱氧剂(含Al：60％，Mg：3％，Mn：5％的复合脱氧剂)脱除钢水中多余的氧，然后用低碳锰铁、硅铁和超低碳合金(含Mn、Si、Al的复合合金)对钢水进行合金化，其中锰按照钢种内控目标值-0.10％控制，硅按照钢种内控目标值-0.05％控制，铝按照≤0.030％控制，RH合金化后，降低RH真空度，保证终点钢水[H]≤1.5ppm；

LF脱硫工艺中，LF炉渣采用CaO-Al₂O₃-SiO₂三元渣系，钢水到LF炉后，向渣面撒入铝粒造还原渣，迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5％以下，同时在保证炉内微正压的前提下，提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间，LF终点硫分配比≥200，[S]≤0.002％。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其中所述转炉过程和终点控制中，转炉终点控制：[C]0.04-0.06％、[P]≤0.008％、[S]≤0.008％、T≥1680℃。

前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其中所述留氧出钢工艺中，精炼渣和石灰按1∶1比例加入，吨钢总加入量为13Kg/t钢，出钢铝的加入量按公式“(TSO氧值-到RH目标氧)÷100)×18.4÷0.92”计算，控制RH钢水[Mn]：0.50-0.60％、[O]：150-300ppm。

前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其中所述RH脱碳脱气工艺中，通过降低[C]+[O]＝{CO}反应的CO气体分压促进脱碳反应进行，脱碳时间为2-4分钟。

前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其中所述RH脱氧合金化工艺中，控制RH钢水[Alt]为0.015-0.030％，钢水经两次循环后，按RH合金化目标成分配加合金，降低RH真空度≤5.0mbar，保持10分钟以上，保证终点钢水[H]≤1.5ppm。

前述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其中所述LF脱硫工艺中，铝粒小批量、多批次撒入，每批次撒入量为10到40kg。

本发明的优点为：本发明的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺可消除现有LF-RH工艺生产管线钢的不足，利用RH留氧自然脱碳，减轻转炉脱碳负担，降低钢水氧化性，更好的满足X70、X80等管线钢对低碳和高纯净度的质量要求。经转炉-RH-LF-连铸工艺生产的管线钢等低碳真空钢，碳可以按目标成分要求稳定控制在0.030-0.050％，N≤0.0060％、H≤0.00025％、P≤0.013％、S≤0.002％，夹杂物粗系和细系均≤2.0级。利用本发明工艺生产管线钢的工艺质量效果及与LF-VD对比如下表：

表3

项目	RH-LF工艺	LF-VD工艺
项目	RH-LF工艺	LF-VD工艺	炉产量(吨)	156±2	125-130
钢铁料消耗(Kg/t钢)	1130	1160	炉产量(吨)	156±2	125-130
钢铁料消耗(Kg/t钢)	1130	1160	转炉炉龄(炉)	＞15000	7000-8000
转炉终点氧含量(ppm)	600-1000	≥1200	转炉炉龄(炉)	＞15000	7000-8000
转炉终点氧含量(ppm)	600-1000	≥1200	成品碳含量(％)	0.030-0.050，目标控制	0.045-0.070，偏上限控制
成品氧含量(ppm)	≤18	≤18	成品碳含量(％)	0.030-0.050，目标控制	0.045-0.070，偏上限控制
成品氧含量(ppm)	≤18	≤18	成品氮含量(ppm)	≤60	≤80；≤60内控合格率75％
成品氢含量(ppm)	≤2.5	≤2.5	成品氮含量(ppm)	≤60	≤80；≤60内控合格率75％
成品氢含量(ppm)	≤2.5	≤2.5	成品磷含量(％)	≤0.013	≤0.013
成品硫含量(％)	0.0002-0.002	0.0002-0.002	成品磷含量(％)	≤0.013	≤0.013
成品硫含量(％)	0.0002-0.002	0.0002-0.002	夹杂物控制水平	≤2.0级	≤2.0级
开发超低碳钢	可以	无法实现	夹杂物控制水平	≤2.0级	≤2.0级

本发明的优点可总结如下：1、实现转炉终点高温、低磷、留碳控制：[C]0.04-0.06％、[P]≤0.008％、T≥1680℃。具体实现方法是转炉冶炼采用高拉补吹操作，渣料的90-100％在前期加入，保证大渣量、高碱度≥3.5，在吹炼过程中适当补加返矿，炉温控制在1420-1500℃之间，维持炉内最佳的脱磷温度，一倒达到P≤0.008％要求后，迅速补吹拉碳提温。2、根据RH脱碳要求，利用锰氧平衡控氧出钢，控制到RH钢水[Mn]0.50-0.60％、[O]150-300ppm，在不吹氧条件下RH钢水脱碳可达到小于0.005-0.035％的水平。3、采用CaO-Al₂O₃-SiO₂三元低熔点渣系，钢包渣料集中在转炉出钢过程配加，即1吨精炼渣和1吨石灰，保证RH浸渍管不粘渣前提下，有效控制LF处理过程增氢问题。4、开发了LF深脱硫S≤0.002％的工艺，解决了留氧出钢对LF脱硫的负面影响，采用CaO-Al₂O₃-SiO₂三元渣系的低熔点、高碱度成分设计，在LF炉小批量、多批次撒入铝粒，迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5％以下，同时在保证炉内微正压的前提下，提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min，保证渣钢界面反应的动力学条件。5、转炉采用留氧出钢，出钢融解氧接近200-400ppm这一临界值，钢液吸氮过程基本停滞，有效控制出钢吸氮。6、利用RH钢水循环的良好动力学条件，在RH工序快速完成钢水脱氧合金化工作，减轻LF负担和增氢影响。

具体实施方式

本发明的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺、LF脱硫工艺，转炉采用高拉补吹模式，渣料的90-100％在前期加入，控制碱度≥3.5，在吹炼过程中适当补加返矿，炉温控制在1420-1500℃之间，维持炉内最佳的脱磷温度，一倒达到P≤0.008％要求后，补吹拉碳提温，转炉终点控制：[C]0.04-0.06％、[P]≤0.008％、[S]≤0.008％、T≥1680℃，保证到RH温度≥1580℃，采用挡渣锥挡渣出钢，控制下渣回磷量＜0.005％。

根据RH脱碳要求，控制转炉出钢留氧量，出钢过程加入低碳锰铁、1吨精炼渣和1吨石灰、适当加入铝控制渣中MnO含量，利用锰氧平衡控制钢水留氧量，钢水中[Mn]0.50-0.60％、[O]150-300ppm。钢水到达RH工位测温、取样、定氧，判断钢水符合条件后，抽真空进行自然脱碳，利用烟气分析系统监控脱碳反应进行程度，一般脱碳时间5-8分钟，X60-X70管线钢RH脱碳目标值≤0.025％，X80管线钢RH脱碳目标值≤0.015％。RH脱碳达到目标值后，加入铝镁锰脱除钢水中多余的氧，要求[Alt]0.015-0.030％，钢水经两次循环后，按RH合金化目标成分配加合金，降低RH真空度≤5.0mbar，保持10分钟以上，保证终点钢水[H]≤1.5ppm。

经RH处理的钢水在LF主要完成深脱硫、升温和成分微调的任务。钢水到LF炉后向渣面撒入铝粒造还原渣，要求小批量、多批次撒入，每批次撒入量为10到40kg，迅速降低渣中MnO+FeO含量到1.0％以下，同时在保证炉内微正压的前提下，提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间，保证渣钢界面反应的动力学条件，提高脱硫效率，LF终点硫可以控制在2-20ppm。在LF精炼过程中不使用萤石，可根据渣况，少量补加石灰，以保证渣子碱度和粘度合适，并控制增氢量。经LF处理合格的钢水喂入500-700米钙铁线(含钙29-35％，线密度240-260g/m)，静搅10分钟以上，进行浇注。

经转炉-RH-LF-连铸工艺生产的管线钢，碳可以按目标成分要求稳定控制在0.035-0.050％，N≤0.0060％、H≤0.00025％、P≤0.013％、S≤0.002％，夹杂物粗系和细系均≤1.5级，到07年12月已经稳定生产X60-X80管线钢22.1380万吨。

实施例：

本实施例为X65管线钢的冶炼，X65管线钢生产工艺流程为：铁水倒罐→铁水预处理→转炉→RH→LF→连铸。X65管线钢内控化学成分见下表：

表4

成份％	C	Mn	Si	P	S	N	O	H
成份％	C	Mn	Si	P	S	N	O	H	内控	0.04-0.07	1.48-1.58	0.15-0.30	≤0.013	≤0.0020	≤0.0060	≤0.0030	≤0.0003

目标

0.050

1.55

0.25

≤0.013

≤0.0020

≤0.0060

≤0.0030

≤0.0003

转炉工艺

铁水经预处理，控制入炉铁水S≤0.003％，废钢全部采用低磷、低硫自产循环废钢，铁水、废钢比例5.3∶1，稳定出钢量156±2吨；转炉采用高拉补吹模式，根据铁水成分温度，加入石灰7.5-10.0t、轻烧白云石3.0-4.5t、轻烧镁球1.0-1.5t，渣料的90-100％在前期加入，控制碱度≥3.5，在吹炼过程中适当补加返矿，炉温控制在1420-1500℃之间，维持炉内最佳的脱磷温度，一倒达到P≤0.008％要求后，补吹拉碳提温，转炉终点控制：[C]0.04-0.06％、[P]≤0.008％、[S]≤0.008％、T≥1680℃，保证到RH温度≥1580℃，采用挡渣锥挡渣出钢，控制下渣回磷量＜0.005％。

根据RH脱碳要求，控制转炉出钢留氧量，出钢过程加入低碳锰铁、1吨精炼渣和1吨石灰、适当加入铝降低渣中MnO含量，利用锰氧平衡控制钢水留氧量，钢水中[Mn]0.50-0.60％、[O]150-300ppm。

RH工艺

钢水到达RH工位测温、取样、定氧，判断钢水符合条件后，抽真空进行自然脱碳。利用烟气分析系统监控脱碳反应进行程度，一般脱碳时间2-4分钟，控制RH脱碳目标值≤0.025％。RH脱碳达到目标值后，加入铝镁锰脱除钢水中多余的氧，要求[Alt]0.015-0.030％，钢水经两次循环后，按表5要求的RH合金化目标成分配加合金，然后降低RH真空度≤5.0mbar，保持10分钟以上，保证终点钢水[H]≤1.5ppm。

表5

成份％	C	Mn	Si	Alt
成份％	C	Mn	Si	Alt	目标	≤0.030	1.45±0.07	0.20±0.05	0.015-0.030

LF工艺

经RH处理的钢水在LF主要完成深脱硫、升温和成分微调的任务。钢水到LF炉后向渣面撒入铝粒造还原渣，要求小批量、多批次撒入，每批次撒入量为10到40kg，迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5％以下，同时在保证炉内微正压的前提下，提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间，保证渣钢界面反应的动力学条件，提高脱硫效率，LF终点硫可以控制在2-20ppm。在LF精炼过程中不使用萤石，可根据渣况，少量补加石灰，以保证渣子具有合适的碱度和粘度，并控制增氢量。在LF工位按X65内控目标成分微调合金，吊包温度控制在1562-1577℃，开浇炉次温度上调5℃，保证连铸中包钢水过热度在10-20℃，经LF处理合格的钢水喂入500-700米钙铁线，静搅10分钟以上，上连铸进行浇注。

质量控制水平

经转炉-RH-LF-连铸工艺冶炼的X65管线钢质量控制水平：C0.045-0.055％，N≤0.0060％、H≤0.00025％、P≤0.013％、S≤0.002％，夹杂物粗系和细系均≤1.5级。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其特征在于：包括转炉过程和终点控制、留氧出钢工艺、RH脱碳脱气工艺、RH脱氧合金化工艺和LF脱硫工艺；

所述转炉过程和终点控制中，转炉采用高拉补吹模式，渣料的90-100％在前期加入，控制碱度≥3.5，在吹炼过程中适当补加返矿，保持前期脱磷温度，炉温控制在1420-1500℃之间，一倒达到[P]≤0.008％后，补吹拉碳提温；

所述留氧出钢工艺中，转炉出钢碳为0.04-0.06％，出钢过程加入低碳锰铁、精炼渣、石灰和铝控制钢水含氧量，进行留氧出钢；

所述RH脱碳脱气工艺中，在不吹氧的条件下抽真空进行自然脱碳；

所述RH脱氧合金化工艺中，加入铝镁锰复合脱氧剂脱除钢水中多余的氧，然后用低碳锰铁、硅铁和超低碳合金对钢水进行合金化，其中锰按照钢种内控目标值-0.10％控制，硅按照钢种内控目标值-0.05％控制，铝按照≤0.030％控制，RH合金化后，降低RH真空度，保证终点钢水[H]≤1.5ppm；

所述LF脱硫工艺中，LF炉渣采用CaO-Al₂O₃-SiO₂三元渣系，钢水到LF炉后，向渣面撒入铝粒造还原渣，迅速降低渣中MnO+FeO含量到0.5％以下，同时在保证炉内微正压的前提下，提高钢包底吹氩流量到300-600NL/min之间，LF终点硫分配比≥200，[S]≤0.002％。

2.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其特征在于：所述转炉过程和终点控制中，转炉终点控制：[C]0.04-0.06％、[P]≤0.008％、[S]≤0.008％、T≥1680℃。

3.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其特征在于：所述留氧出钢工艺中，精炼渣和石灰按1∶1比例加入，吨钢总加入量为13Kg/t钢，出钢铝的加入量按公式“(TSO氧值-到RH目标氧)÷100)×18.4÷0.92”计算，控制RH钢水[Mn]：0.50-0.60％、[O]：150-300ppm。

4.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其特征在于：所述RH脱碳脱气工艺中，通过降低[C]+[O]＝{CO}反应的CO气体分压促进脱碳反应进行，脱碳时间为2-4分钟。

5.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其特征在于：所述RH脱氧合金化工艺中，控制RH钢水[Alt]为0.015-0.030％，钢水经两次循环后，按RH合金化目标成分配加合金，降低RH真空度≤5.0mbar，保持10分钟以上，保证终点钢水[H]≤1.5ppm。

6.如权利要求1所述的转炉-RH-LF-连铸生产管线钢的工艺，其特征在于：所述LF脱硫工艺中，铝粒小批量、多批次撒入，每批次撒入量为10-40kg。